[01483406]海洋复杂条件钻井液关键技术及工业化应用

随着我国社会经济的快速发展,对油气资源的需求也与日俱增。2009年我国原油进口依存度首次突破国际公认的50%警戒线并逐年攀升。仅依靠陆地油气已远不能满足国家日益增长的能源需求。因此,我国油气勘探开发逐渐从陆地走向近海甚至深海。相对陆地,海洋钻井工程的安全风险高、成本高、环保要求高,特别是海洋复杂工况（复杂地层、深水、大位移水平井）条件下,与钻井液相关的井塌、井漏、阻卡、井喷等井下复杂事故风险高,处理难,损失大,危害严重。 海洋油气钻探多采用大位移水平井,容易发生井壁坍塌和阻卡等事故。尤其是在泥页岩和窄安全密度窗口地层,塌、漏、卡严重,危害钻井安全与效率。从浅海走向深水,还面临着安全钻井液密度窗口更窄,深水海底低温高压造成的钻井液流动困难和天然气水合物堵塞风险,为世界性难题。此外,海洋环保法规比陆地更加苛刻,对钻井液的环保性能提出了更高要求。我国原有钻井液技术无法满足海洋复杂地层与深水复杂工况钻井工程的更高要求,以往核心技术被国外公司垄断,严重制约我国浅海、深海油气资源的自主钻探开发。 本项目针对上述海洋复杂地层与深水复杂工况钻井液技术难题,经过13年的持续科技攻关、规模化现场试验及推广应用,形成了海洋复杂地层与深水钻井液关键技术,取得了如下主要创新成果： （1）针对海洋大位移井复杂泥页岩地层井壁不稳定技术难题,基于微纳米尺度揭示了井壁泥页岩水化的微观抑制机理,创新发展了多尺度多元协同稳定井壁理论,国内率先创建了泥页岩井壁稳定性耦合模拟实验方法,发明了树枝状聚胺页岩水化强抑制剂、铝基防塌剂、高效清洁润滑剂,产品主要性能达到国际先进水平,其中高温树枝状聚胺页岩强抑制剂优于国外同类产品。 （2）针对海洋复杂地层,尤其是深水窄安全钻井液密度窗口地层井漏世界性技术难题,创建了钻井液井壁强化动态模拟装置及实验方法,提出了基于强力链网络结构的钻井液致密承压封堵机理及新方法,发明了新型高效致密承压封堵剂,裂缝封堵承压能力比国外产品提高45%以上。 （3）针对深水海底低温高压条件下钻井液增稠和天然气水合物易形成堵塞问题,揭示了深水钻井液低温增稠微观机理,提出了基于“温敏聚合物与粘土悬浮体粘温特性互补”的钻井液“恒流变”特性调控方法,发明了温敏流型调节剂以及高效低分子量包被剂;研发了新型水合物动力学抑制剂,发现了水合物抑制效果随钻井液水活度的线性变化规律,建立了高效水合物抑制剂协同优化设计方法,解决了深水钻井液关键技术问题。 （4）研发出具有自主知识产权的强抑制性、强封堵承压环保高性能水基钻井液体系、深水“恒流变”油基/合成基钻井液体系,在我国南海、渤海等海域多个油气田以及海外西非、缅甸深水油气田进行了试验与推广应用,打破了国外技术垄断,攻克了海洋复杂地层和深水钻井液关键技术难题,创造出显著经济和社会效益。 该项目完成后达到如下技术指标： （1）创新了复杂地层井壁稳定及井壁强化模拟实验方法,发展了复杂地层防塌防漏钻井液理论与技术。 （2）发明了树枝状胺基聚合物页岩水化强抑制剂,具有超强的长效抑制泥页岩表面水化作用。当加量为0.5%时,三次页岩回收提高率达90%,抗温能力可达到220℃,优于国外产品;新研发的铝基防塌剂具有化学胶结固壁作用,可使泥页岩抗压强度提高22.7%,膜效率提高107%,且环境友好。 （3）提出了深水钻井液“恒流变”特性调控机理与方法,研发出恒流变钻井液体系,可在“2℃-75℃”大温差环境中保持动切力、10-min静切力和?6值的变化幅度≤30%,适应的密度范围为1.1g/cm3 - 2.1g/cm3。 （4）研发了新型水合物动力学抑制剂SDH,抑制水合物生成效果比传统的聚乙烯基吡咯烷酮提高80%;发现了水合物抑制效果随钻井液水活度的线性变化规律,建立了高效水合物抑制剂协同优化设计方法,深水钻井液水合物热力学抑制剂用量可降低50%。 （5）提出了基于强力链网络结构的致密承压钻井液封堵机理;建立了防漏堵漏材料特征精细化评价新方法;研发出裂缝致密承压封堵剂新产品,双重开度楔形裂缝（2mm×1mm和3mm×2mm）封堵承压能力达到8MPa以上。 （6）研制出具有自主知识产权的强抑制、强封堵承压环保高性能水基钻井液体系和深水恒流变油基/合成基钻井液体系,已广泛推广应用于渤海、南海复杂工况钻井实践,打破了国外技术垄断,创造出显著的经济和社会效益。